2020 Fiscal Year Annual Research Report
Conversion Mechanism of Spin and Mechanical Rotation
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20H01865
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
前川 禎通 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (60005973)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中堂 博之 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (30455282)
大谷 義近 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (60245610)
Puebla Jorge 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (60753647)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 流体力学 / 電流渦 / 磁気スキルミオン / スピンメカトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
角運動量保存則を用いて、力学回転の角運動量と物質中の様々な角運動量（スピン）との相互変換機構を明らかにし、「スピンメカトロニクス」分野を構築することが本研究の目的である。１９１５年にアインシュタイン達は磁性と回転運動の等価性を明らかにした。これは力学回転と電子の持つ角運動量（スピン）が角運動量保存則で繋がっていることを証明するものである。本研究では、物質の巨視的な回転に加えて、様々な力学回転と物質中のミクロな角運動量（スピン）との相互変換による新たな分野「スピンメカトロニクス」の構築を目指した。特に、磁性金属薄膜に様々な形状を与えることにより、電流の流れが制限を受けることにより現れる電流渦の角運動量と磁性体との相互作用に注目した。電流渦の角運動量は磁性体に有効磁場を与えることから、電流渦により磁気スキルミオンが生成されることを見出した。この結果は、最近理化学研究所の実験で見出されているスキルミオンの資料の形状依存性を説明するものである。今後、電流に対する流体力学的な数値シミュレーションと、磁気ダイナミックスに対する数値シミュレーションを組み合わせて、スキルミオンの制御に有効な磁性薄膜の形状を見出していく。この研究はスキルミオンを用いた磁気メモリーの応用にも寄与するものと期待される。さらに、電流渦を介して磁性イオン間に反対称交換相互作用（Dzyalonshinski-Moria interaction)が現れることも見いだした。これにより、電流渦による磁気構造の制御も可能になることから、電流渦の磁性体への新たな応用も期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では、物質の巨視的な回転に加えて、様々な力学回転と物質中のミクロな角運動量（スピン）との相互変換による新たな分野「スピンメカトロニクス」の構築を目指した。特に、磁性金属薄膜に様々な形状を与えることにより、電流の流れが制限を受けることにより現れる電流渦の角運動量と磁性体との相互作用に注目した。電流渦の角運動量は磁性体に有効磁場を与えることから、電流渦により磁気スキルミオンが生成されることを見出した。この結果は、最近理化学研究所の実験で見出されているスキルミオンの資料の形状依存性を説明するものである。今後、電流に対する流体力学的な数値シミュレーションと、磁気ダイナミックスに対する数値シミュレーションを組み合わせて、スキルミオンの制御に有効な磁性薄膜の形状を見出していく。この研究はスキルミオンを用いた磁気メモリーの応用にも寄与するものと期待される。さらに、電流渦を介して磁性イオン間に反対称交換相互作用（Dzyalonshinski-Moria interaction)が現れることも見いだした。これにより、電流渦による磁気構造の制御も可能になることから、電流渦の磁性体への新たな応用も期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究により、電流の流れの制御が電流渦を生み出し、角運動量保存則により、その角運動量と磁化（スピン）との相互作用が発生すること、そしてそれにより、電流渦で磁気構造及び磁気ダイナミックスが制御できることを見出した。これは、マクロな試料形状を用いて磁性体を制御する、という今までになかった全く新しい発想である。今後は、電流渦と試料形状の関係をより詳しく調べるとともに、電流に対する流体力学的な数値計算手法を開発し、それと磁気ダイナミックスの数値計算方を組み合わせた、計算物理学的な研究へと発展させる予定である。
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